DE1189221B - Process and device for the production of carbon black - Google Patents
Process and device for the production of carbon blackInfo
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- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ruß Gegenstand des Hauptpatentes 976 653 ist ein Verfahren zur Herstellung von Furnace-Ruß als Kautschukfüllstoff, bei dem ein zerstäubter flüssiger Kohlenwasserstoff in einen erhitzten Rußofen eingeführt und in einer turbulenten Verbrennungszone unter teilweiser Verbrennung zu Ruß dissoziiert wird mit dem Kennzeichen, daß als Ausgangsmaterial ein flüssiger Kohlenwasserstoff, der bei Atmosphärendruck nicht vollständig verdampfbar ist, folgender Zusammensetzung verwendet wird: a) Verhältnis 1i : C -= 0,75 bis 1,25: 1, b) mittleres Molekulargewicht von 225 bis 550, c) spezifisches Gewicht mindestens 1, d) Viskosität wenigstens 1,2° Engler bei 99° C, e) Koksrückstand nach C o lt r a d s o n über 1,5%. Hierbei wird der flüssige Kohlenwasserstoff zweckmäßig als Strahl in die Reaktionskammer mit einer linearen Düsengeschwindigkeit zwischen 180 und 305 m/Sek. eingeführt und durch ein Gas, insbesondere Luft, versprüht. Die Luftmenge wird vorteilhaft so bemessen, daß sie ausreicht, eine 25- bis etwa SOo/oige theoretische Verbrennung aller in die Kammer eingeführten brennbaren Materialien zu unterhalten. Die Verbrennungszone wird hierbei dadurch gebildet, daß unmittelbar an den Ölstrahl anstoßend und ihn umhüllend ein brennbares Gas und Luft zugeführt werden, wobei mindestens eines der Gase mit hoher Geschwindigkeit eingeblasen wird. Eine andere Möglichkeit zur Ausbildung der Verbrennungszone besteht darin, daß eine Anzahl divergierender Strahlen eines brennbaren Gases unmittelbar am Umfang des Ölstrahles zugeführt werden und die Gasstrahlen sowie die Ölstrahlen mit einer sich relativ langsam bewegenden Luftschicht umgeben werden.Process and device for the production of carbon black The subject of the main patent 976 653 is a process for the production of furnace carbon black as a rubber filler, in which an atomized liquid hydrocarbon is introduced into a heated carbon black furnace and dissociated in a turbulent combustion zone with partial combustion to soot with the label that the starting material used is a liquid hydrocarbon which cannot be completely evaporated at atmospheric pressure and has the following composition: a) ratio 1i: C - = 0.75 to 1.25: 1, b) average molecular weight of 225 to 550, c) specific weight at least 1, d) viscosity at least 1.2 ° Engler at 99 ° C, e) coke residue according to C o lt Radson over 1.5%. Here, the liquid hydrocarbon is expediently as a jet into the reaction chamber with a linear nozzle speed between 180 and 305 m / sec. introduced and sprayed by a gas, in particular air. The amount of air is advantageously such that it is sufficient to sustain a theoretical combustion of 25 to about 50 per cent of all combustible materials introduced into the chamber. The combustion zone is formed in that a combustible gas and air are supplied directly adjoining the oil jet and enveloping it, with at least one of the gases being blown in at high speed. Another possibility for the formation of the combustion zone is that a number of diverging jets of a combustible gas are supplied directly to the periphery of the oil jet and the gas jets and the oil jets are surrounded by a layer of air moving relatively slowly.
Es wurde nun gefunden, daß die Rußausbeute des Verfahrens des Hauptpatents wesentlich verbessert werden kann und daß sich ferner bessere Rußqualitäten mit erhöhter Verstärkungswirkung auf Kautschuk erzeugen lassen, wenn nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und der dazugehörigen neuen Vorrichtung gearbeitet wird. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Ruß nach Patent 976 653, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die aus dem in feinzerstäubter Form in eine hitzeisolierte Reaktionskammer eingeführten Kohlenwasserstoffstrahl und zusätzlichem Heizgas und der in die Kammer eingeführten Luft in einer turbulenten Verbrennungszone gebildete Flamme und die Verbrennungsprodukte gegen eine die Reaktionskammer in zwei Teile teilende, mit einer zentralen Bohrung versehene Wand prallen und auf den unverbrannten Teil des Öls konzentriert werden, so daß das öl zu Ruß dissoziiert wird, die Reaktionsprodukte durch die Öffnung in der Wand, deren Länge vorzugsweise kleiner als ihr Durchmesser ist, in den zweiten Teil der Reaktionskammer übergeführt werden, deren Durchmesser größer als der der Öffnung in der Wand ist, und schließlich der Ruß aus den gasförmigen Reaktionsprodukten in an sich bekannter Weise gewonnen wird. Die Verbrennungsluft wird hierbei vorzugsweise in einem spiralförmigen Wirbelstrom zugeführt.It has now been found that the carbon black yield of the process of the main patent can be significantly improved and that there are also better carbon black qualities produce increased reinforcing effect on rubber if after the process the present invention and the associated new device is worked. The invention relates to a process for the production of carbon black according to patent 976 653, which is characterized in that the from the in finely atomized form in a heat-insulated reaction chamber introduced hydrocarbon jet and additional Heating gas and the air introduced into the chamber in a turbulent combustion zone formed flame and the combustion products against a the reaction chamber in bounce and hit the wall dividing two parts, provided with a central bore the unburned portion of the oil can be concentrated so that the oil dissociates into soot the reaction products through the opening in the wall, the length of which is preferred is smaller than its diameter, transferred into the second part of the reaction chamber the diameter of which is larger than that of the opening in the wall, and finally the soot is obtained from the gaseous reaction products in a manner known per se will. The combustion air is preferably in a spiral eddy current fed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Ruß zeichnet sich dadurch aus, daß die wärmeisolierte Reaktionskammer durch eine hitzebeständige, mit einer zentralen Bohrung 16 versehene, die im Verbundbrenner gebildete Flamme und die Verbrennungsprodukte auf den aus der Zerstäubungsdüse austretenden ölsprühnebel zurückwerfende Prall-und Scheidewand 14 in zwei Teile geteilt ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser der zentralen Bohrung 16 in der Prallwand 14 nur halb so groß wie der Durchmesser der Reaktionskammer.The device according to the invention for producing soot is characterized in that the heat-insulated reaction chamber is split into two by a heat-resistant, central bore 16, the flame formed in the composite burner and the combustion products on the oil spray emerging from the atomizing nozzle Parts is divided. The diameter of the central bore 16 in the baffle wall 14 is preferably only half as large as the diameter of the reaction chamber.
Die Verbrennungskammer ist zur Einlaßöffnung konisch verengt, und zwar vorzugsweise unter einem Winkel von 45°. Die Einlaßöffnung selbst hat einen wesentlich geringeren Durchmesser als die Reaktionskammer. Das öl und das Gas werden in Achsrichtung der Reaktionszone zugeführt, und zwar dort, wo sich die Einlaßöffnung an den konischen Teil der Reaktionskammer anschließt.The combustion chamber is conically narrowed towards the inlet opening, and although preferably at an angle of 45 °. The inlet port itself has one much smaller diameter than the reaction chamber. The oil and the gas will fed in the axial direction of the reaction zone, namely where the inlet opening adjoins the conical part of the reaction chamber.
Das Verhältnis zwischen den im Verfahren angewendeten Komponenten und die Form der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind kritisch. Es ist wesentlich, daß ein gasförmiges brennbares Material um den zerstäubten Ölnebel zugeführt wird und daß der Abstand des Ortes der öleinführung bis zu der Wand derart ist, daß die zurückgeworfenen Wirbel der Verbrennungsprodukte auf den Ölnebel konzentriert oder fokussiert werden. Diese kritischen Verhältnisse werden unten im Beispiel erläutert und sind, wie dort ausgeführt ist, allein für die Ausbeuteerhöhung von etwa 120 g Ruß je Liter öl verantwortlich. Anders ausgedrückt, heißt das, wird die in kritischem Abstand vorgesehene Wand entfernt, so werden bei sonst gleicher Versuchsführung und Apparatur im Mittel weniger als 408 g Ruß je Liter Öl erzeugt, während mit der Wand in einem Abstand vom Ort der Ölzufuhr, der nicht wesentlich größer ist als der Durchmesser der Reaktionskammer, die Rußausbeute auf 539 g Ruß je Liter Öl und bei laufender Produktion auf im Mittel 503 g Ruß je Liter Öl erhöht wird.The ratio between the components used in the process and the shape of the device according to the invention are critical. It is essential that a gaseous combustible material is supplied around the atomized oil mist and that the distance from the location of the oil introduction to the wall is such that the thrown back vortices of the combustion products concentrated on the oil mist or be focused. These critical relationships are explained in the example below and, as stated there, are solely responsible for the increase in yield of about 120 g soot per liter of oil is responsible. In other words, it means that it becomes critical Distance provided wall removed, so with otherwise the same conduct of the experiment and apparatus produces an average of less than 408 g of soot per liter of oil, while with the Wall at a distance from the location of the oil supply which is not significantly greater than the diameter of the reaction chamber, the soot yield to 539 g of soot per liter of oil and is increased to an average of 503 g soot per liter of oil during ongoing production.
Es ist wesentlich, daß die Wand in dem kritischen Abstand angebracht ist und die zusätzlichen Düsen für das brennbare Gas, die den ölsprühnebel umgeben, zusammen angewendet werden. Wenn die Wand zu weit von dem Ölsprühnebel entfernt ist, so wird keine merkliche Erhöhung der Rußausbeute erzielt. Aber auch die Anwesenheit der Wand im erforderlichen Abstand bewirkt keine Erhöhung der Ausbeute, wenn nicht die zusätzlichen Gasdüsen vorhanden sind.It is essential that the wall is installed at the critical distance and the additional nozzles for the flammable gas surrounding the oil spray, be applied together. When the wall is too far from the oil spray is, no noticeable increase in the soot yield is achieved. But also the presence the wall at the required distance does not increase the yield, if not the additional gas nozzles are available.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung stellt also eine wesentliche Verbesserung der bisher für die Rußerzeugung verwendeten Vorrichtungen dar. Durch die Kombination eines Verbundbrenners einfacher und billiger Konstruktion, der sich leicht in den Ofen ein- und aus dem Ofen ausbauen läßt, mit der Schaffung eines beschränkten Ofenabschnittes durch eine Wand in kritischem Abstand vom Brenner ist es gelungen, alle Arten von Ruß aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit stark verbesserten Ausbeuten herzustellen, ein Ergebnis, das im Hinblick auf die bekannten Verfahren und Vorrichtungen durchaus überraschend ist. Die Merkmale der Erfindung werden nachstehend zum besseren Verständnis im Zusammenhang mit der Zeichnung, die eine typische Ausführungsform der neuen Vorrichtung darstellt, beschrieben. Die Zeichnung zeigt in Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.The device according to the invention thus represents a substantial improvement of the devices previously used for soot generation. Through the combination a composite burner of simpler and cheaper construction, which can be easily integrated into the Oven can be installed and removed from the oven, with the creation of a restricted oven section through a wall at a critical distance from the burner it is possible to get all types of To produce soot from liquid hydrocarbons with greatly improved yields, a result that is entirely in view of the known methods and devices is surprising. The features of the invention are presented below for better understanding In connection with the drawing, a typical embodiment of the new device represents, described. The drawing shows in side view and partially in longitudinal section schematically a device according to the invention.
Der Reaktor oder Ofen besteht aus dem hitzebeständigen Material 10, das von einem metallischen Mantel 12 umgeben ist. Das Innere des Ofens, in dem die Reaktionen ablaufen, ist leer, bis auf die Wand 14, ebenfalls aus hitzebeständigem Material, die mit der Innenwand des Ofens verbunden ist und nur so dick zu sein braucht, um den Beanspruchungen im Ofen widerstehen zu können. Gewöhnlich ist ihre Dicke kleiner als 30 cm. Sie ist jedoch dick genug, damit ein zylindrischer Durchlaß 16 gebildet wird, dessen Durchmesser zweckmäßig nicht größer ist als etwa die Hälfte des Durchmessers der Reaktionskammer. Die Reaktionskammer wird durch die Wand 16 in die beiden Abschnitte 18 und 20 geteilt.The reactor or furnace consists of the heat-resistant material 10 which is surrounded by a metallic jacket 12 . The interior of the furnace, in which the reactions take place, is empty, except for the wall 14, also made of heat-resistant material, which is connected to the inner wall of the furnace and only needs to be thick enough to withstand the stresses in the furnace. Usually their thickness is less than 30 cm. However, it is thick enough so that a cylindrical passage 16 is formed, the diameter of which is expediently no greater than about half the diameter of the reaction chamber. The reaction chamber is divided into the two sections 18 and 20 by the wall 16.
Der Abschnitt 18 ist an einer Seite bei 22 konisch, vorzugsweise unter einem Winkel von 45°, verengt und mit der Einlaßöffnung 24 versehen. Diese Einlaßöffnung hat einen beträchtlich geringeren Durchmesser als die Reaktionskammer und stellt den einzigen Ort für den Eintritt der Reaktionsteilnehmer dar.The section 18 is conical on one side at 22, preferably below an angle of 45 °, narrowed and provided with the inlet opening 24. This inlet port has a considerably smaller diameter than the reaction chamber and represents the only place for reaction participants to enter.
Die Einlaßöffnung 24 hat eine merkliche Länge von wenigstens 100 mm. Zentrisch in dieser Einlaßöffnung ist der Kopf 26 eines Brenners angeordnet. Die Ausströmöffnung des Brenners liegt etwa am inneren Ende der Einlaßöffnung 24, so daß die Verbrennung des Gases etwa in dem an den konischen Teil 22 der Reaktionskammer anstoßenden Teil beginnt. Eine schneckenförmige Luftkammer 28 ist am Ende des Ofens angebracht. In diese Luftkammer tritt die Leitung 30 tangential ein.The inlet opening 24 has an appreciable length of at least 100 mm. The head 26 of a burner is arranged centrally in this inlet opening. the The outflow opening of the burner is located approximately at the inner end of the inlet opening 24, see above that the combustion of the gas approximately in that of the conical part 22 of the reaction chamber abutting part begins. A helical air chamber 28 is at the end of the oven appropriate. The line 30 enters this air chamber tangentially.
Am anderen Ende ist der Ofen offen und mündet in den Kamin 32, der in üblicher, aber nicht dargestellter Weise mit Wasser besprüht wird, so daß weitere Umsetzungen der die Abteilung 20 verlassenden Reaktionsprodukte verhindert (eingefroren) werden. Der Kamin führt zu den üblichen Kühl- und Trennvorrichtungen.At the other end, the furnace is open and opens into the chimney 32, which is sprayed with water in the usual, but not shown, manner so that further reactions of the reaction products leaving the compartment 20 are prevented (frozen). The chimney leads to the usual cooling and separating devices.
Der Brenner, durch den die Rohstoffe und zusätzliches brennbares Gas zugeführt werden, besteht aus einem zentralen Ölrohr 36, das in einer Düse endet und konzentrisch von einem weiteren Rohr 34 umgeben ist und in dem Kopf 26 endet, der die Düse umgibt. Der Gaskopf 26 ist mit einer Anzahl voneinander in gleichem Abstand angeordneter Gasöffnungen auf seiner Peripherie umgeben. Die Gasöffnungen sind vorzugsweise nach außen in einem Winkel von 45 bis 90° zur Achse des Brennerrohres angeordnet.The burner through which the raw materials and additional combustible gas are supplied, consists of a central oil pipe 36 which ends in a nozzle and is surrounded concentrically by a further tube 34 and ends in the head 26, surrounding the nozzle. The gas head 26 is equal in number to each other Surrounded spaced gas openings on its periphery. The gas openings are preferably outwardly at an angle of 45 to 90 ° to the axis of the burner tube arranged.
An der anderen Seite ist das Rohr 34 mit dem Rohr 40 verbunden, durch das das brennbare Gas dem Brenner zugeführt wird. Das innere Rohr 36 ist mit einer Zerstäubungsvorrichtung 42 verbunden, die in üblicher Weise ausgebildet ist und zwei Zuführungen aufweist. Das zerstäubte Öl wird durch das innere Rohr 36 in den Abschnitt 18 als konischer Sprühnebel eingeführt. Gleichzeitig tritt aus dem Gaskopf 26 brennbares Gas aus, das mit der Luft zusammentrifft, die durch die Einlaßöffnung 24 zugeführt wird. Das zugeführte Luftvolumen ist größer als zur vollständigen theoretischen Verbrennung des Gases notwendig ist, reicht aber nicht aus, um das gesamte Öl zu verbrennen. Durch die zugeführte Luftmenge tritt eine 25- bis 50oloige theoretische Verbrennung sämtlicher brennbarer Materialien ein. Die zugeführte Luft hat einen großen Drall und mischt sich schnell mit dem brennbaren Gas unter Bildung einer stark turbulenten Verbrennungszone um den ölsprühnebel. Da Gas und Öl sehr nahe beieinander strömen, tritt eine schnellere Verbrennung ein unter Bildung heißer Verbrennungsprodukte, die durch die Wand 14 scharf auf die kritische Zone, in der die Wärme gebraucht wird, begrenzt werden.On the other side, the pipe 34 is connected to the pipe 40 through which the combustible gas is fed to the burner. The inner tube 36 is connected to an atomizing device 42, which is designed in the usual way and has two inlets. The atomized oil is introduced into section 18 through inner tube 36 as a conical spray. At the same time, combustible gas emerges from the gas head 26 and meets the air which is supplied through the inlet opening 24. The volume of air supplied is greater than is necessary for complete theoretical combustion of the gas, but is not sufficient to burn all of the oil. The amount of air supplied causes a theoretical combustion of 25 to 50% of all combustible materials. The air supplied has a great swirl and mixes quickly with the combustible gas to form a highly turbulent combustion zone around the oil spray. Since gas and oil flow very close to one another, more rapid combustion occurs with the formation of hot combustion products which are sharply limited by the wall 14 to the critical zone in which the heat is needed.
Die Kombination der Wand 14 mit dem Brenner 26 scheint für die unerwarteten
Wirkungen verantwortlich
zu sein. Es werden auf diese Weise bei
gleicher Rußqualität im Mittel etwa 120 g Ruß je Liter Öl und mehr beim Verfahren
gemäß der Erfindung und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt als nach dem
Verfahren des Hauptpatentes. Gemäß der Erfindung lassen sich aber auch neue Rußqualitäten
in wirtschaftlich befriedigender Ausbeute erzielen, die nach dem älteren Verfahren
nicht wirtschaftlich hergestellt werden können. Zur Veranschaulichung mögen die
nachstehend aufgeführten vergleichenden Versuchsergebnisse dienen. Als Vergleichsstandard
ist ein Ruß verwendet worden (Vulkan 3), der nach dem Verfahren des Hauptpatents
in einer Vorrichtung hergestellt wurde, in der keine Wand unter optimalen Betriebsbedingungen
verwendet wurde.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Ofens gemäß der Erfindung ist darin zu erblicken, daß die Wand 14 sich im Ofenraum selbst hält und in der Kammer 18 verschoben werden kann, so daß der Ofen den verschiedenen Betriebsbedingungen angepaßt werden kann und eine bequeme Regelung der Qualität des erhaltenen Rußes ermöglicht.Another essential advantage of the furnace according to the invention is to be seen in the fact that the wall 14 holds itself in the furnace space and can be displaced in the chamber 18 so that the furnace can be adapted to the various operating conditions and a convenient control of the quality of the product obtained Soot made possible.
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